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低温疏水膜蒸馏浓缩技术迈向产业化
中国水网谢晓慧 沈 / 时间:2007-03-09 08:06:26
  据中国水网2007年3月6日讯 中国水网最近有幸在科研学术气氛浓郁的中国科学院生态环境研究中心内,走访了栾兆坤博士,就其科研成果的研发、转化、推广以及中国水污染等一系列问题进行了交谈,随着谈话的深入,大家对他的课题组科研成果的了解也越来越多……
  当前,高浓度、难降解、高盐度等废水污染与治理已成为制约我国社会经济发展中的水污染重大而突出的瓶颈问题。长期以来,我国环保领域一直关注高浓度难降解有机、重金属污染废水的污染危害和排放限制,而忽略了高盐度废水污染,至今没有相关限制排放标准。尤其近年来,随着我国化工、冶金等工业的快速发展,以及城市污水、工业废水大量采用反渗透膜技术回用,工业循环水等排放的高盐度废水所带来的环境污染和危害问题也越来越严重,直接导致江河水质矿化度显著提高。仅以黄河水质为例,在其青海发源地检测水质电导率只有200μs/cm ,到了黄河中游的包头,电导率上升到800~1000μs/cm,而到了黄河下游的济南、东营,电导率则高达1500~1000μs/cm。这种高盐度、高矿化度水质,不仅严重腐蚀、损害工业设备,加大工业制水成本,而且还导致土壤板结、植物枯萎,加速盐碱化,沙漠化进程,给生态环境带来严重的负面影响。因此,必须呼吁国家环保部门应尽早制订高盐度废水排放标准,限制高盐度废水排放,减少环境污染。
  目前,水质除盐技术主要有传统离子交换、电渗析以及反渗透膜、多级闪蒸技术等。传统离子交换操作、运行复杂且仅适用低盐度处理(<500),电渗析只能部分除盐且电耗高,闪蒸耗能大,费用高。近年来,随着膜技术的快速发展,反渗透膜技术已逐渐取代离子交换和电渗析除盐技术,并成为给水安全净化和废水回用处理领域中的首选技术。但目前反渗透技术的理论产水率仅为75%,而实际产水率不足70%,约30%多的浓盐水因无法得到经济有效回用处理而都直接排放到天然水环境中,这不仅加重了当前水环境高盐度的污染、而且还浪费大量宝贵的水资源。因此,如何经济有效地进行高盐度水质除盐处理,已成为当前困扰并制约水回用的关键和瓶颈问题。
  新型低温膜蒸馏浓缩技术实际是一种采用疏水性微孔膜,以膜两侧蒸汽压力差为驱动力的新型膜分离过程,其优点在于:⑴常压下进行,设备简单,运行稳定、操作方便;⑵仅有水水蒸汽能透过膜孔,出水水质高于反渗透膜水质;⑶理论上可处理极高浓度的无机盐水溶液,理论产水率可达到100%,远高于反渗透的75%;⑷所需热源费用与反渗透所需电源费用大致相当。 在美国“21世纪化学科学挑战委员会”编写的“超越分子前沿―化学与化学过程面临的挑战”中将膜蒸馏浓缩技术列为21世纪重点关注并发展的新型分离技术。近年来,发达国家、法、日、美、瑞典、以色列、韩等国家都在积极地研制开发新型疏水膜及其蒸馏浓缩技术。
  栾兆坤博士领导的课题组,近年来在国内率先开展了新型低温中空疏水膜制备与蒸馏浓缩技术应用的研发工作。目前从拉膜制备到生产应用,已进行了大量的试验研究。已成功拉制了不同规格、透水量大、抗污染、耐拉伸的新型中空纤维疏水微孔膜并成功应用于高纯纳米Al13絮凝剂的分离纯化制备过程,以及工业循环水、反渗透膜浓盐水、化工高盐水的回用处理试验过程。通过热侧和冷侧循环,可将反渗透或工业循环水产生的浓盐水进一步浓缩10倍以上,并得到90%以上超纯水,即大幅度地水资源有效利用率,又实现了高盐水的近“零”排放。
  一项新型环保技术的研发过程,必须充分考虑其技术经济性。目前低温膜蒸馏浓缩技术用于反渗透膜滤、工业循环水,以及苦咸水、工业高盐水的浓缩脱盐回用处理,技术是可行的,但耗能较高,其技术经济性略高反渗透。如用于具有生产余热等工业行业,如电力、化工行业的浓盐水回用处理,以及利用地热、太阳能作为低价热源、更显示出优越的技术经济性能。如将膜蒸馏浓缩技术用于家用纯水机制备纯水,可改变并解决目前由反渗透企业先制备桶装纯水再送水到纯水机饮用过程污染问题,实现了直接分散制备家用纯水,被称之为第三代家用纯水制备技术。因此,低温膜蒸馏浓缩技术在高盐水回用处理和大幅度提高水资源利用率方面展现了广阔的产业化发展前景。目前该技术的工业循环浓盐水化和利用太阳能作为热源的工业化中试试验正在栾兆坤博士领导的课题组内紧锣密鼓的进行中,迈上产业化的日子指日可待。
  栾兆坤博士1978年清华大学化学工程系毕业; 1978年至今在中国科学院生态环境研究中心学习并从事科研工作,师从汤鸿霄院士;1990~1991年在西德卡尔斯鲁赫大学环境工程研究所作访问学者;1995年在澳大利亚南威尔士大学环境工程系作访问学者;1996年在美国Penn State 大学土木环境工程系和Stevens工程学院环境工程系作访问学者,现任环境水质学国家重点实验室副主任,课题组长,研究员,博士生导师,享受国务院政府特殊津贴。

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